矿用带式输送机的改进设计

2020-01-16郝冬冬

电子技术与软件工程 2019年22期

文/郝冬冬

进入现代化社会以来，我国工业化建设进程不断加快，对各种矿产资源的需求量不断提高。矿用带式输送机是煤矿生产中的一个重要设备，其主要作用为在井下输送物料。在复杂、恶劣的井下环境中，带式输送机容易出现故障、损坏问题，为保障带式输送机的长期、稳定、安全运行，必须开展改进设计。

1 矿用带式输送机传送带选材方面的改进设计

目前，矿用带式输送机多使用的是由柔性材料制作而成的传送带，如钢丝绳芯、织物层芯等。钢丝绳芯为微细钢丝，具有良好的柔性特征，延伸率较小、纵向抗拉强度较高。织物层芯又以整体编织织物层芯最为常用，分层织物层芯次之，整体编织织物层芯具有柔韧性高、强度高的优势，但在伸长率较大的时候容易发生跑偏。

钢丝绳芯材质的传送带，经过长时间运转后会出现一定程度的磨损，导致钢丝绳芯露出，受到空气中水气、氧气的影响，钢丝绳芯容易发生氧化，导致磨损加剧，最终发生疲劳磨损甚至是断裂。对矿用带式输送机的传送带进行优化改进设计，可选择整芯皮带，其不管是强度、韧性、耐磨性，还是抗疲劳性，均比钢丝绳芯较好。

2 矿用带式输送机液压拉紧系统方面的改进设计

2.1 常见拉紧方式

目前，矿用带式输送机多采取移动式、固定式的拉紧方式。重力拉紧、绞车拉紧、自动拉紧均属于移动式拉紧方式；钢丝绳滚筒拉紧、螺旋拉紧均属于固定式拉紧方式。重力拉紧方式是矿用带式输送机最常用的一种拉紧方式，其原理是借助重锤自重来实现自动拉紧，结构简单，无需借助外界驱动力，任何工作情况下其拉紧力均恒定不变，对传送带的伸长可以达到自动补偿的效果。重力拉紧方式的主要优势在于可靠性较好，缺点在于其具有恒定不变的拉紧力，只能在较大的空间使用，无法在较小空间使用。固定绞车拉紧也是矿用带式输送机比较常用的一种拉紧方式，其原理是借助带有蜗轮蜗杆减速器的小型绞车进行拉紧，蜗轮蜗杆减速器可以带动缠绕着钢绳的小滚筒，钢绳连接着传送带，从而实现传送带的拉紧。固定绞车拉紧具有效率高、拉紧力较大的优势，且可在较小的空间使用，缺点为可靠性较低，因为拉紧力无法自动调节，因此若是绞车或控制系统发生故障，便会导致拉紧力失效。

2.2 拉紧系统改进设计

对矿用带式输送机的上述各拉紧方式进行分析发现，其无法实现自动调节，长距离大负荷输送机，经常会遇到传送带滑落的问题，对连续启动、停车造成严重影响。基于此，可对拉紧系统实施改进处理，建立液压自动拉紧系统。

图1：液压自动拉紧系统改进结构图

对矿用带式输送机的运行过程进行分析，其在启动的时候，需要对传送带实施较大拉紧力，带式输送机工作平稳后，再将传送带拉紧力调整到正常水平。带式输送机运转过程中，随着载荷的改变，拉紧力可自动调节，从而使拉紧力始终处于额定值。运行过程中随着载荷的改变，传送带张紧力也在不停变化，容易导致传送带打滑、磨损加剧、断裂。因此，应对传送带张紧力大小进行随时调节。带式输送机运行中，传送带存储、释放的机械能量容易对滚筒造成损坏，为了改善这一现象，可以在拉紧装置中添加一个蓄能器，从而使传送带拉紧力始终处于额定值，预防传送带的波动。如液压自动拉紧系统改进结构图（图1）所示，这一改进是在固定绞车拉紧装置基础上进行的。在改进之后，电动机带动定量泵向拉紧油缸前腔充油，油缸活塞杆产生拉紧力，拉紧力大小通过溢流阀进行控制。带式输送机处于正常运转状态下时，油泵电动机运行停止，这时便利用蓄能器对拉紧力进行稳定。若是系统压力超出设定范围，则由压力继电器对压力值进行评估，从而对油泵电动机的实际运行状态进行准确预测。

3 矿用带式输送机防爆变频控制方面的改进设计

3.1 原理分析

防爆变频控制主要是借助矢量控制方法，来将无极调速功能附加给电动机。带式输送机改进设计中，将速度传感器安装在驱动电机处，便可以对速度进行准确、可靠的调节。但是，众所众知，矿井环境十分恶劣，因此在安装传感器的时候往往会受到各种因素的影响而导致安装难度较大，甚至会增加后期维护成本。面对这样的情况，可以借助无速度传感器等其他传感器来取代速度传感器，以对速度进行精准显示。作为矢量控制元件的无速度传感器，可以利用驱动电机将励磁电流、转矩电流等转化为速度及转矩参数，目前其在异步电动机中得到了越来越多的应用，并取得了理想的效果，即使是在工作频率较低的时候，也可以进行高精度监测，具有较高的可靠性。在带式输送机改进设计中，设置ZJT 系列防爆变频器，并将其当作核心控制元件，并采用两部分的3300VD400A 模块作为控制元件的电路系统，可达到两倍转矩启动能力的效果，并可以实现运转效率的提高，且能适应矿井内恶劣、复杂、多变的环境。

3.2 实际应用

对防爆变频控制进行应用后，矿用带式输送机具备了如下特征：

3.2.1 软启动缓冲

防爆变频控制的软启动功能，可使带式输送机能够得到长期稳定运转。防爆变频控制下，可对带式输送机启动、停车时候的速度、转矩进行有效调节，还可以减少传送带对设备构件造成的冲击载荷，并可以控制电流突变的时候对电网所带来的冲击。为预防过载的出现，带式输送机多使用柔性材料的传送带，传送带可储存机械能，同时可利用变频控制来对机械能的释放实施有效控制。改进设计时，可使用S 型加减速启动的方式，以更好地匹配传送带的这一性能，达到改善带式输送机启动、停车缓冲效果的目的。

3.2.2 低频重载下启动

带式输送机的主要作用便是运输物料，经常会遇到短时间内启动或者是停车的情况。但这种情况会导致带式输送机出现明显的应力变化，容易使传送带发生断裂。所以，带式输送机应在空载状态下启动。应用防爆变频控制之后，便可以在低频重载下启动，其原因在于受到无速度传感器矢量控制的影响，低频率运转下带式输送机高转矩启动，缩短了带式输送机的启动时间。

3.2.3 低速下检验传送带

随着带式输送机运行时间的不断增长，由于受到重载负荷作用的影响，传送带容易发生损坏，因此必须对传送带进行定期维护检修。低速下传送带的检查是一个重要环节。无极变频调速下，便能长期在低俗情况下对传送带进行检查维修。

3.2.4 调节功率平衡

对于大型带式输送机，需要配置多个电动机，以便于驱动。多个电动机间，为达到功率平衡的效果，应对其实施同步特定处理。当启动、停车的时候，应尽量减小带式输送机各电动机相互响应的时间差，若是一台电动机发生故障问题，也不可对其他电动机的运行造成影响。防爆变频控制下，可对变频器速度进行定义、控制，调节各电动机的速度差，为各电动机电流特性的调节提供了极大的便利，从而能够使其达到平衡状态。